JPH0552958A - ドツプラ効果を用いたレーザ利用測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 測定対象の振動等の物理量をドップラ効果を
用いて測定するレーザ利用測定器において、レーザ光の
測定対象に対する照射角度を簡単に、かつ確実に調整す
る。 【構成】 レーザ光源１１からのレーザ光はビームスプ
リツタ１２で２分され、１方はミラー１９を介して測定
対象２に照射され、反射されてビームスプリツタ１３、
ミラー１６を経て光電気変換器１８に入る。もう一方は
音響光学素子（ＡＯＭ）１４及びＡＯＭ駆動回路１５に
より所定周波数のレーザ光に調整され、ビームスプリツ
タ１７を経て光電気変換器１８に入る。両者はここで重
ね干渉させられる。この干渉出力は、レーザ照射角度調
整手段５に入る。先づ、周波数電圧変換され、基準電圧
と比較され、周波数差として表示される。それと同時に
この出力はミラー１９を制御して、表示角度がゼロとな
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、運動している対象の
例えば振動等を測定するドップラ効果を用いたレーザ利
用測定器に関するもので、特にレーザ光の対象物に対す
る照射角度の調整の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のドップラ効果を用いたレ
ーザ利用測定器は、例えば図１に示す装置があった。こ
の図１に示す装置は、本発明の１実施例（符号５で示す
レーザ照射角度調整手段を付加した）をも示す図面でも
あるが、ここでは従来の方法の同等な部分のみ説明する
こととする。

【０００３】図１に示す装置は、例えば回転する測定対
象物２の回転方向と直角な方向への変位、振動等の物理
量を検出するための測定器である。レーザー光源１１か
らのレーザー光は、まず、第１のビームスプリッタ（Ｂ
Ｓ１）１２により、２つに分離される。第１のビームは
ミラー１９を介して測定対象２に照射され、第２のビー
ムは音響光学素子（ＡＯＭ）１４とＡＯＭドライバー１
５とから構成される光周波数シフト手段に入力され所定
の周波数を持つレーザ光に調整される。

【０００４】上述の第１のビームについては、測定対象
２からの反射光が第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）１
３及びミラー１６を介して光−電気変換器１８に入力さ
れる。第２のビームについては、基準光として作用し上
記の光周波数シフト手段を発し第３のビームスプリッタ
（ＢＳ３）を介して光−電気変換器１８に入力される。

【０００５】光−電気変換器１８では、上述の基準光
（第１のビーム）と測定対象２からの反射ビーム（第２
のビーム）が入力される。これら両ビームは、この光−
電気変換器１８内において重ね干渉させられる。測定対
象２がその運動方向と直角な方向（ビーム照射方向）に
振動している場合には、第２のビーム（測定対象２の反
射光）はドップラ効果によりその周波数が所定量だけシ
フトする。従って、この光−電気変換器１８内では、第
２のビームと基準光との周波数の差に応じたビート周波
数が生ぜられる。そして、このビート周波数を電気信号
に変換し、測定対象の振動に応じた周波数信号を得る。

【０００６】この周波数シフト信号を利用装置４に出力
し、利用装置４内で目的の処理をなすことにより、振
動、速度または変位等各種の測定を行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のド
ップラ効果を用いたレーザ利用測定器においては、図３
左図に示すように、測定対象２に照射されるレーザ光
は、測定すべき振動の方向に一致するように照射される
ことが望ましい。図３右図に示すように、照射レーザ光
が振動面に対して垂直でない場合には、測定すべき振動
とともに測定対象２の運動による影響をも受けてしま
い、測定すべき振動を忠実に捉えることはできない。す
なわち、この種のレーザ利用測定器においては、レーザ
光の照射方向について言えば、測定すべき変位等の方向
に一致するよう調整する必要がある。

【０００８】従来のこの種装置においては、レーザー光
の照射方向を所定の方向になるよう配置するのみで、特
にこの調整のための手段を設けてはいなかった。そのた
め、その測定結果を高精度なものとするため、その調整
をきわめて細密に行う必要があった。この発明は、この
点に関して改善することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、所定の方向に運動する物体（測定対象）のその
運動方向と交わる方向の速度または変位を測定するた
め、レーザ光を上記物体に対して照射し、当該物体から
のドップラ効果が加えられた反射レーザ光を解析して上
記振動の速度または変位を測定するドップラ効果を利用
した測定装置において、レーザ光を上記測定対象に照射
する手段、上記測定対象からの反射レーザ光の周波数シ
フト量を検出する手段、上記検出された周波数シフト量
をゼロにするように上記レーザ光の上記測定対象への照
射角度を可変する手段とからなり、レーザ光の照射角度
を調整するよう構成した。

【００１０】

【作用】図３を参照する。所定の速度v0で運動する測定
対象２のこの運動方向と直角の方向の速度または変位を
測定するためには、図３左図に示すように、測定対象２
にはその運動方向に対して垂直な方向からレーザ光を照
射することが望ましい。今、速度v0で運動する測定対象
２は、その運動方向に垂直な方向への位置変動はないも
のとする。図３左図に示すように、この測定対象２にそ
の運動方向に直角な方向からレーザ光が照射されると、
その反射レーザ光は何の影響も受けない。すなわち、測
定対象２の移動速度v0に関するドップラ効果による周波
数シフトは起こらず、同一の周波数を有したレーザ光が
反射される。

【００１１】一方、図３右図に示すように、レーザ光が
所定の角度θをもって測定対象２に照射された場合に
は、その反射レーザ光はドップラ効果によりv0・cosθの
影響を受け周波数がシフトする。このレーザ照射角度と
周波数シフト量との関係は、図４に示す関係にある。速
度v0で移動する測定対象２に対してその移動方向と直角
にレーザ光を照射した際に、その反射レーザ光は変化せ
ず最大の周波数となる。そして、照射角度が直角からず
れる毎にその周波数シフト量がしだいに大きくなる。従
って、この周波数シフト量を知ることにより、レーザ光
の測定対象２に対する照射角度を知ることができるとと
もにその調整を効率よく行うことができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面の１実施例を参照して本発明を説
明する。図１に示す実施例装置は、レーザ光の照射角度
に応じてシフトする周波数シフト量を検出してレーザ光
の照射角度の調整を行うものである。

【００１３】図１の装置について、実際の測定を行う前
にレーザ光の照射角度の調整を行う。光−電気変換器１
８の出力をスイッチ３を切り換えて照射角度調整手段５
に接続する。光−電気変換器１８の出力信号は、周波数
−電圧変換器５１によりその周波数に応じた電圧信号に
変換される。この電圧信号は比較手段５３の一方の入力
となる。さらに、この比較手段５３の他方の端子には、
レーザ光源１１からのレーザー光が測定対象２に対して
垂直に照射された際における光−電気変換器１８の出力
周波数信号に相当する基準電圧信号が基準電圧発生器５
２から入力されている。

【００１４】従って、この比較手段５３内では、基準電
圧すなわち垂直な照射角度に対する実際のレーザ光の照
射角度のズレを表す信号が生じる。この比較信号は、メ
ーター等の周波数差表示器５４に出力され、そのズレ量
を視覚表示する。

【００１５】装置の使用者は、この表示器５４の表示す
るズレ量を見ながらレーザ光源１１の測定対象２に対す
る照射角度を調整する。このズレ量がゼロとなった段階
でこの調整が完了する。そして、スイッチ３を切り換え
て光−電気変換器１８の出力信号を利用装置４に接続し
て目的の測定を行う。この測定動作については、先に説
明した通りである。

【００１６】なお、この調整は、レーザ光源１１または
測定対象２の位置関係を手動によって変更してもよく、
また上記周波数のズレ量に応じて自動的に両者の位置関
係を調整する装置（例えばミラー１９を上記ズレ量に応
じて自動的に調整する機構）を設けても良い。

【００１７】図２は、この発明の第２の実施例を示すも
ので、入力される周波数信号に応じて出力レベルが変動
する増幅器を用いたものである。すなわち、この増幅器
としては、レーザ光源１１のレーザ光の照射角度が測定
対象２に対してちょうど垂直の関係となった時に光−電
気変換器１８（図１）から入力される周波数信号に対応
して最大の出力レベルを持つ同調増幅器を用いることが
できる。

【００１８】この同調増幅器は、図５に示す特性を有し
ているものが望ましい。すなわち、図に示す入力周波数
f0はレーザ光源１１のレーザ光が垂直の関係で測定対象
２に照射された状態に対応する光−電気変換器１８の出
力周波数に一致するものである。そして、この増幅器に
対する入力周波数がf0の時最大の出力レベルとなってい
る。従って、図６に示すように、この同調増幅器の出力
レベルを最大の状態とするようにレーザ光源１１のレー
ザ光と測定対象２との位置関係の調整を行えば良い。

【００１９】図２を参照する。図２はレーザ照射角度の
調整機構を示しており、図１に示した調整機構５と同様
な働きをするものである。図１に示す光−電気変換器１
８の出力信号は、レーザ光の調整を行う際、スイッチ３
を介して図２に示す調整機構５の同調増幅器５５に入力
される。この同調増幅器５５は、図６に示すようにその
入力周波数信号に応じた出力レベルを有している。ピー
ク検波回路５６は、同調増幅器５５の出力の最大値を保
持するものである。このピーク検波回路５６の出力値が
レベル表示器５７により視覚表示される。

【００２０】装置の使用者は、このレベル表示器５７の
表示レベルを最大にするようにレーザ光源１１のレーザ
光と測定対象２との位置関係を調整する。この調整は、
先に説明した実施例と同様、手動で行ってもよく、レー
ザ光源と測定対象２との位置関係を可変し得る機構を設
けて自動的に調整するようにしても良い。なお、この実
施例装置においては、スイッチ３（図１）を切り換える
ことで測定動作と調整動作を行う例を示したが、これら
の動作を同時に行わせるよう構成しても良い。この場合
には、図１の光−電気変換器１８の出力信号を利用装置
４及び照射角度調整機構にともに送出するよう構成すれ
ば良い。

【００２１】

【発明の効果】以上、この発明によれば、レーザ光源１
１のレーザ光と測定対象との位置関係が最良の状態を検
出するよう構成し、さらに、これに基づいて上記両者の
調整を行うよう構成したので、確実でかつ効率の良い調
整を行うことができるとともにレーザ光を所定の角度に
確実に照射することができるので、精度の良い測定を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に関わるレーザ光の照射角度
の調整機構を有したレーザ利用測定器の構成説明図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例に関わるレーザ光の照射
角度の調整機構の構成説明図である。

【図３】本発明のレーザ光の照射角度検出原理を示す模
式図である。

【図４】本発明の対象となるドップラ効果を用いたレー
ザ利用測定装置のレーザ光の照射角度とその反射レーザ
光の周波数の関係を表したグラフである。

【図５】本発明の第２の実施例に関わる同調増幅器の特
性を表すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施例に関わる同調増幅器の作
用を説明する模式図である。

【符号の説明】

１１：レーザ光源 ２：測定対象 ３：切換スイッチ ４：利用装置 ５：照射角度調整機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の方向に運動する物体（測定対象）
   の当該運動方向と交わる方向の振動、速度等の物理量を
   測定するため、レーザ光を上記物体に照射し、当該物体
   からのドップラ効果が加えられた反射レーザ光を解析し
   て上記物体の振動、速度等の物理量を測定するドップラ
   効果を用いたレーザ利用測定装置において、 レーザ光を上記測定対象に照射する手段、 上記測定対象からの反射レーザ光の周波数シフト量を検
   出する手段とからなり、 上記検出された周波数シフト量をゼロにするように上記
   レーザ光の上記測定対象に対する照射角度を可変調整す
   るよう構成したドップラ効果を用いたレーザ利用測定
   器。
2. 【請求項２】 所定の方向に運動する物体（測定対象）
   の当該運動方向と交わる方向の振動、速度等の物理量を
   測定するため、レーザ光を上記物体に照射し、当該物体
   からのドップラ効果が加えられた反射レーザ光を解析し
   て上記振動、速度等の物理量を測定するドップラ効果を
   用いたレーザ利用測定装置において、 レーザ光を上記測定対象に照射する手段、 当該測定対象に対する上記レーザ光の照射角度が所定の
   角度であるときの当該反射レーザ光の周波数に一致した
   周波数信号が入力されたとき最大の出力レベルを発生す
   る増幅器とからなり、 上記増幅器の出力レベルを最大にするよう上記レーザ光
   の上記測定対象に対する照射角度を上記所定の角度に調
   整するように構成してなるドップラ効果を用いたレーザ
   利用測定器。